靈臺縣達溪河新集水庫工程壩型比選

李 煒

（甘肅源通城鄉(xiāng)水務發(fā)展有限責任公司,甘肅 靈臺 744400）

1 概況

新集水庫位于甘肅省平?jīng)鍪徐`臺縣百里鄉(xiāng)政府上游的達溪河干流上,壩址距靈臺縣城約26 km。水庫總庫容為3218 萬m3,其中興利調(diào)節(jié)庫容為1115 萬m3,死庫容為1366 萬m3,30年淤積后死庫容30 萬m3,調(diào)洪庫容為359 萬m3。

靈臺縣新集水庫工程設計總庫容為3218 萬m3,最大壩高39.5 m。依據(jù)《防洪標準》（GB 50201-2014）及《水利水電工程等級劃分及洪水標準》（SL 252-2000）,本工程等別為Ⅲ等,工程規(guī)模為中型,水庫大壩等主要建筑物按3 級設計,次要建筑物按4 級設計,臨時建筑物級按5 級設計[1]。

2 壩址基本情況

壩址區(qū)河谷較為開闊,河谷寬約500m,大體呈寬底 “U”字型。兩岸基本發(fā)育Ⅰ～Ⅳ階地,Ⅰ～Ⅱ級階地為內(nèi)迭堆積階地,階面平坦、開闊,高出河床3 m～10 m；兩岸Ⅲ～Ⅳ級階地發(fā)育多不對稱,為侵蝕堆積階地,高出河床70 m～80 m,左岸較陡峭,右岸較平緩[2-3]。壩址區(qū)基本情況見圖1。

圖1 壩址區(qū)照片

3 壩型初選

推薦壩址為上壩址,壩址處河谷地形開闊,兩岸山體雄厚,左右岸坡不對稱,基巖裸露,右岸岸坡較平緩,黃土大面積覆蓋,谷底寬400 m～500 m,河谷大體呈寬底“U”字型。由于壩址處河谷非常寬闊,因此不適宜修建拱壩,不具備建拱壩的條件。根據(jù)河谷及兩岸坡的地形、地質(zhì)條件,壩址處較最適合修建對地形地質(zhì)條件要求較低、適應面較廣的當?shù)夭牧蠅巍?/p>

綜上所述,初步選定水庫的基本壩型為兩種：一種為當?shù)夭牧蠅涡停ㄈ翂畏桨福灰环N為當?shù)夭牧蠅味闻c砼重力壩段相結(jié)合的混合壩型（混合壩壩型）,其中混合壩型中當?shù)夭牧蠅味尾捎玫膲涡团c全壩段采用當?shù)夭牧蠅蔚膲涡拖嗤?/p>

4 工程設計方案

4.1 全土壩方案

4.1.1 樞紐布置方案

全土壩壩型對應的樞紐布置主要包括擋水建筑物、泄洪建筑物及取水建筑物。本方案布置為常規(guī)的水庫布置方式,即全壩段采用均質(zhì)土壩擋水,在兩岸布置泄洪洞與溢洪道聯(lián)合泄洪,泄洪洞兼排沙、放空、導流度汛。

初步選定溢洪道布置在左岸,泄洪洞布置在右岸,取水建筑物采用管道埋設在泄洪洞底部的布置方式。

4.1.2 壩體結(jié)構(gòu)

水庫壩頂寬8.0 m,壩基置于相對較完整的弱風化巖體上,壩基建基面高程為1029.00 m,最大壩高38.3 m,壩頂長732.80 m,壩體底部順水流方向最大長度為228.4 m。上游壩坡自上而下分別為1∶3.0、1∶3.5,下游壩坡自上而下分別為1∶2.75、1∶3.0。上游壩坡在高程1059.00 m 處設寬2.0 m 的馬道,下游壩坡在高程1054.0 m 設一級寬3.0 m 的馬道。壩上游壩坡采用現(xiàn)澆C20 砼板護面,下游壩坡采用預制C20 砼網(wǎng)格草皮護坡,下游排水采用貼坡式排水。

4.2 混合壩壩型

4.2.1 樞紐布置方案

混合壩型泄洪建筑物采用河床式布置,采用底孔及溢流表孔聯(lián)合泄洪的泄流方式。本方案的擋水建筑物、泄洪建筑物及取水建筑物均布置在河床上。

本方案首先將泄洪建筑物布置在基巖大面積出露的河道左側(cè)適當位置,大壩其余壩段依次布置,主要為布置在河道中部及右岸位置的均質(zhì)土壩段,其余壩段包括土壩與砼壩的過渡壩段,以及泄洪建筑物壩段與左壩肩山體相連接的砼重力壩擋水壩段等。

壩頂總長度為724.5 m,從左至右建筑物布置分別為：135.5 m 長砼重力擋水泄洪壩段（砼壩段內(nèi)布置門庫、取水閥井、排沙底孔、溢流表孔）、100 m 長砼壩段與均質(zhì)土壩連接段、489 m 長均質(zhì)土壩段。其中：均質(zhì)土壩段約占總壩長的67%,泄洪建筑物段、連接段、砼重力擋水壩段共約占總壩長的33%。

4.2.2 壩體結(jié)構(gòu)

（1）均質(zhì)土壩段

均質(zhì)土壩段布置在河床右半側(cè),總長度489 m,壩頂寬8.0m,壩基置于較完整的弱風化巖體上,最大壩高39.5 m。均質(zhì)土壩段斷面設計與全土壩壩型基本相同。

（2）砼重力壩段

砼重力壩段布置在河床左半側(cè),總長度135.5 m,分6 個壩段。分別布置為：52.5 m 長砼重力擋水壩段（壩段內(nèi)布置門庫）、25 m 長砼重力擋水壩段（壩段內(nèi)布置取水閥井）、25 m 長砼排沙底孔壩段、33 m 長砼溢流表孔壩段。壩基均置于相對較完整的弱風化巖體上,最大壩高39.5 m,壩頂寬依據(jù)壩段布置而定。

泄洪排沙底孔為壩身有壓底孔,采用壩式進水口,為了兼顧汛期導流,底孔底板高程與主河床同高程,為1041.00 m,底孔孔口尺寸為7.0 m×8.2 m,設一道平板事故檢修門及一道弧形工作門。該壩段長度為25 m,壩頂寬13.0 m。

溢流表孔壩段長33.0 m,溢流孔凈寬8.0 m,共3 孔,堰體為WES 堰,溢流壩堰頂設平板檢修閘門和弧形工作閘門各一道,分別由壩頂門機和液壓啟閉機操作。溢流壩頂閘墩長度26.0 m,壩頂設4.5 m 寬交通橋。

（3）土壩與砼壩連接段

砼重力壩插入土壩的深度需100 m。插入部分砼壩斷面壩頂寬度為8 m,壩體上游壩坡1∶0.3,下游壩坡1∶0.8。外層土壩邊坡及坡面設計、下游排水設計均與土壩段設計相同。

5 工程方案比選

從工程布置及建筑物設計、地形及泄流條件、地質(zhì)條件、施工難度、筑壩材料、工程投資、運行管理、沖沙效果及水庫安全性共9 個方面對兩種壩型進行比選。

5.1 工程布置及建筑物比較

兩種壩型采用的當?shù)刂尾牧贤耆嗤?均為均質(zhì)土壩,主要設計參數(shù)也基本相同。全土壩方案擋水壩段布置于整個河床部位,泄水建筑物分別布置在兩岸,布置分散,主體工程占地范圍大,對周邊公路等現(xiàn)有建筑影響較大；混合壩方案擋水壩段及泄水壩段均布置于河床部位,布置集中,主體工程占地范圍較小,對周邊公路等現(xiàn)有建筑影響較小。因此,在工程布置方面,混合壩方案較優(yōu)。在建筑物設計方面,全土壩方案建筑物數(shù)量、類型多,設計復雜程度高、難度較大。混合壩方案建筑物數(shù)量、類型較少,設計復雜程度、難度相對較低。

綜合工程布置及建筑物設計方面兩方案特點,混合壩方案布置集中,對周邊影響小,建筑物設計難度相對較低,總體較優(yōu)。

5.2 地質(zhì)條件比較

對兩種壩型的擋水大壩和泄洪建筑物的工程地質(zhì)綜合分析比較,兩種壩型布置方案均可行,但全土壩壩型方案中存在高邊坡、軟巖大洞室開挖等問題,不利地質(zhì)因素較混合壩方案為多。

5.3 工程投資比較

兩種壩型工程部分投資比較見表1。

表1 兩種壩型工程部分投資比較表 單位：萬元

全土壩壩型工程部分總投資62093.68 萬元,混合壩壩型工程部分總投資62561.82 萬元,混合壩壩型工程部分總投資較全土壩壩型高468.15 萬元,占其工程部分總投資的0.75%。從工程投資方面分析比較,兩種壩型投資基本相當。

5.4 綜合比較表

表2 兩種壩型綜合比較表

5.5 比較結(jié)論

綜合以上9 個方面分析比較,除因工程區(qū)砼骨料相對匱乏,需外運外購外,其它方面混合壩方案具有工程布置簡單、泄洪沖沙條件好、施工難度風險小、運行管理方便等優(yōu)點。兩種壩型投資基本相當,設計均符合規(guī)范要求,均能安全運行。

綻合比較后,混合壩方案較優(yōu),本階段選定混合壩壩型為推薦壩型。

6 結(jié)語

本文對靈臺縣達溪河新集水庫可選壩型進行了統(tǒng)一梳理與比較,工程布置及建筑物設計、地形及泄流條件、地質(zhì)條件、施工難度、筑壩材料、工程投資、運行管理、沖沙效果及水庫安全性共9 個方面,擇優(yōu)選取了工程設計方案。本文可對類似水庫樞紐工程方案選擇提供有益的參考。